无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法、装置及设备，以车辆感知、定位、底盘数据为基础，通过生成驶入圆弧路径，生成三段圆弧路径，生成驶出圆弧路径，路径拼接等步骤，提供了一套实用、方便的调头路径生成流程，包含全套流程的数学表达、步骤和实现方法。本发明专利技术适用于不同车辆的调头路径生成，特别是在狭窄路宽生成调头路径，可解决现有调头路径生成方法中需要路宽过大、平滑计算耗时大、路径生成结果不符合驾驶逻辑的问题，为自动驾驶车辆在调头场景提供了一套可靠、实用的解决方案，促进自动驾驶技术的进一步落地与应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及自动驾驶
，尤其涉及一种无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]近年来，自动驾驶技术得到发展和落地，它被认为是智慧交通建设、城市交通服务水平提升的关键环节。在自动化和数字化技术的背景下，自动驾驶车辆开始承担起出行接驳、包裹配送、街道清洁和植被护理等城市服务功能。自动驾驶系统的关键技术主要由四个部分组成，分别为：环境感知、行为决策、路径规划和运动控制。基于周边环境信息，路径规划会实现车身位置到目标位置的规划，生成安全、舒适、可控的路径，是自动驾驶系统中承上启下的一环。
[0003]自动驾驶车辆经常会遇到在封闭或者半封闭的道路中调头的需求，因此车辆调头路径方法对于自动驾驶的应用落地有重要意义。调头场景路径规划的难点包括但不限于以下几点：1、空间限制：调头场景中车辆需要倒车并转弯，需要考虑周围环境的限制，如路宽、路堤、路缘石等。例如，在环卫行业中，环卫车通常在狭窄街道或非机动车道进行作业，且需要频繁进行调头操作以完成清扫任务，要求无人清扫车具备在较小路宽狭完成调头的能力；2、平滑性：调头路径往往需要车辆进行较大的连续转向，如果调头路径平滑性不好、甚至超出车辆控制极限，会使控制模块会无法跟上，导致车辆连续点刹甚至停车，对车辆、乘客及周围交通造成影响；3、安全性：调头过程中需要考虑安全因素，如避免与其他车辆或行人发生碰撞等；4、实时性：调头过程需要在实时性的要求下完成，避免对交通造成影响；5、适用性：调头路径的生成需适用于不同车辆类型以及不同场景的需求。
[0004] 现有技术一中，申请号为： CN202211193749.3，专利名称为《车辆调头控制方法、装置、设备及计算机可读存储介质》的现有技术，请参阅图1，其主要是按照初始调头路径生成下一时刻的目标行驶状态信息，基于目标行驶状态信息，控制车辆在行驶区域内进行调头行驶；该技术主要在控制层面保证调头路径的可控性，并未提及如何在规划层面生成初始调头路径。且该技术中的初始调头路径为“U”型调头路径，是一种在道路上进行全方位转向的操作，使车辆回到原始行驶方向的相反方向，对比三段调头路径，U型调头只有前进段、没有倒车段，完成调头所需的路宽更大，不适用于路宽较小的场地。
[0005]现有技术二中，申请号为： CN202010474326.3，专利名称为《自动驾驶车辆三点转弯》的现有技术，请参阅图2，其在开放空间模式下执行三点转弯调头，生成向前和倒车运动。该技术使用Hybrid A*算法规划得出第一轨迹，在第一轨迹的基础上执行两次QP（Quadratic Programming，二次规划）优化，在满足阈值的情况下，找到最优调头路径；Hybrid A* 算法是一种基于图搜索的路径规划算法，它结合了传统A* 算法和车辆动力学
模型，用于生成较平滑的路径。但混合A*算法需要在连续状态空间中搜索最优路径，算法时间复杂度高。另一方面，尽管该算法考虑了车辆动力学模型，但生成的路径平滑性通常不能满足控制的需求，需要进一步平滑。对混合A*的路径平滑方法较在原理上较复杂，涉及到线性或非线性的数学优化问题求解，且求解结果的平滑性依赖于优化问题构造是否合理。现有技术二通过两次 QP优化，对混合A*路径进行平滑，引入了较为复杂的数学约束，进一步增加了程序的复杂度。
[0006]现有技术三中，申请号为： CN201880008824.X，专利名称为《 基于枚举的自动驾驶车辆的三点转弯规划》的现有技术，请参阅图3，其基于车辆最大前向转弯角生成一组前向转弯路径，基于与车辆最大后向转弯角生成一组后向转弯路径，基于前向转弯路径和后向转弯路径生成一组三点转弯路径候选项。对于每条候选路径，使用预定成本函数计算路径成本，并选择路径成本最低的路径作为最终的三点转弯路径；其在不超过最大向前/向后转弯角的前提下生成的路径，是以不同转弯半径生成的两段圆弧路径（请继续参阅图3中的401与402），可满足控制的要求。但向后路径（402）和新的向前路径（403）的连接处，未对车头朝向的一致性做限制，即在402段和403段的交点处，车头朝向可能不一样，在实际调头场景中不被允许。另一方面，该技术在判断路径的可行性时，仅检查了车辆前进方向与目标车道方向是否差距过大，未考虑路宽、障碍物等其他环境因素的限制，生成路径可能欠缺安全性与可执行性。
[0007]现有技术四中，申请号为： CN202011231532.8，专利名称为《一种农机无人驾驶调头方法》的现有技术，请参阅图4，其调头方法分为5个操作段：S1：前进作业直线段1：直线行驶，行驶方向与道路方向平行；S2：前进圆弧段2；S3：倒车直线段3；S4：前进圆弧段4；S5：前进作业直线段5。其中直线段采用欧拉螺旋进行规划，可保证直线与圆弧连接处的曲率连续性，圆弧段则保持固定转弯半径行驶，倒车段垂直与直线段；但是，其技术方案同样不能保证前进段与倒车段交点处车头的一致性，因为该技术未在交点处做车头角度的限制。另一方面，该技术方案在倒车段（3）为直线段（把方向盘打正倒车），而人操作车辆进行倒车时会将方向盘打至一定角度后倒车，倒车为直线段不符合常规驾驶逻辑、且可能会增加调头路宽；另外，倒车段需要与直线段（1、5段）垂直，灵活性欠缺。
[0008]因此，现有技术还有待提高。

技术实现思路

[0009]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法、装置及设备，旨在实现简单实用、安全可执行、平滑、多方面权衡最优的调头路径。
[0010]本专利技术的技术方案如下：一种无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，所述方法包括：生成驶入圆弧路径；所述驶入圆弧路径包括从车辆当前位置到调头区域起点的路径；生成三段圆弧路径；所述三段圆弧路径包括第一前进段圆弧路径、倒车段圆弧路径、第二前进段圆弧路径；生成驶出圆弧路径；所述驶出圆弧路径包括从所述前进段圆弧路径终点到参考线
的路径；路径拼接；将所述驶入圆弧路径、三段圆弧路径以及驶出圆弧路径拼接得到掉头路径。
[0011]在一个实施例中，所述驶入圆弧路径与所述驶出圆弧路径均由五次多项式样条曲线进行生成。
[0012]在一个实施例中，所述生成驶入圆弧路径与所述驶出圆弧路径具体还包括：构造一个以多项式二阶导和三阶导为最小值的代价函数的二次规划问题；设置起点角度约束以及终点角度约束，所述角度为当前车辆位置的航向角；设置起点位置约束以及终点位置约束，以确保所述驶入圆弧路径通过调头区域的起点；基于所述代价函数、角度约束以及位置约束，使用求解器求得最优路径作为车辆由当前位置行驶到调头区域起点的最终路径。
[0013]在一个实施例中，所述生成三段圆弧路径具体还包括：通过圆弧差值法得到圆弧路径点；多个所述圆弧路径点形成圆弧路径；限制不同段的所述圆弧路径的偏航角。
[0014]在一个实施例中，所述起点角度约束以及终点角度约束具体包括：所述五次多项式样条曲线的起点角度和终点角度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，其特征在于，所述方法包括：生成驶入圆弧路径；所述驶入圆弧路径包括从车辆当前位置到调头区域起点的路径；生成三段圆弧路径；所述三段圆弧路径包括第一前进段圆弧路径、倒车段圆弧路径、第二前进段圆弧路径；生成驶出圆弧路径；所述驶出圆弧路径包括从所述前进段圆弧路径终点到参考线的路径；路径拼接；将所述驶入圆弧路径、三段圆弧路径以及驶出圆弧路径拼接得到掉头路径。2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，其特征在于，所述驶入圆弧路径与所述驶出圆弧路径均由五次多项式样条曲线进行生成。3.根据权利要求2所述的无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，其特征在于，所述生成驶入圆弧路径与所述驶出圆弧路径具体还包括：构造一个以多项式二阶导和三阶导为最小值的代价函数的二次规划问题；设置起点角度约束以及终点角度约束，所述角度为当前车辆位置的航向角；设置起点位置约束以及终点位置约束，以确保所述驶入圆弧路径通过调头区域的起点；基于所述代价函数、角度约束以及位置约束，使用求解器求得最优路径作为车辆由当前位置行驶到调头区域起点的最终路径。4.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，其特征在于，所述生成三段圆弧路径具体还包括：通过圆弧差值法得到圆弧路径点；多个所述圆弧路径点形成圆弧路径；限制不同段的所述圆弧路径的偏航角。5.根据权利要求3所述的无人驾驶车辆窄路三段调头路径规划方法，其特征在于，所述起点角度约束以及终点角度约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：余水灵，高阳天，曹威，周智健，侯嘉昕，刘子豪，
申请(专利权)人：城市之光深圳无人驾驶有限公司，
类型：发明
国别省市：